[發明專利]一種整數階和分數階并-串聯諧振無線電能傳輸系統

有效

• 申請號: 201410129774.4
• 申請日: 2014-03-31
• 公開（公告）號: CN103915910A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 張波;黃潤鴻;丘東元
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明屬于無線電能傳輸或無線輸電技術的領域，特別涉及一種整數階和分數階并-串聯諧振無線電能傳輸系統。

背景技術

無線電能傳輸或無線輸電技術早在100多年前就由美國發明家特斯拉（Nicola?Tesla）在實驗上得到嘗試。2006年，麻省理工學院（MIT）的研究人員利用物理的共振技術成功的在2m距離左右以40%的效率點亮了一個60W的燈泡，該實驗不僅僅是特斯拉實驗的重現，更是無線電能傳輸技術的又一個新突破，并且掀起了無線電能傳輸研究的熱潮。

目前的無線電能傳輸系統都是基于整數階電感、電容實現的，其諧振頻率只由電感值和電容值決定，因此，其系統設計只需考慮參數值，無需考慮元件的階數，設計的自由度比較少。同時，實際系統的元件本質上是分數階的，但是目前實際中用的大部分的階數接近于1，對于分數階的情況完全忽略。傳統的通過整數階的建模來設計無線電能傳輸系統，在某些條件下，理論和實際的誤差可能會很大。

分數階器件（例如分數階電容和分數階電感）概念的來源于分數階微積分的產生，而分數階微積分的概念已經有300多年的歷史，幾乎與整數階微積分同時誕生。但是由于分數階比較復雜，并且一直沒有很好的數值分析工具，因此其一直處于理論分析階段。近幾十年來，由于生物技術、高分子材料等的發展，人們發現整數階微積分不能很好的解釋自然界存在的現象，因此分數階微積分開始得到重視，并開始應用于工程領域，其在控制領域的研究和應用已日益完善。同時，兩端的分數階器件已經在實驗室被制造出來。但分數階電路與系統一些特殊的性質未得到研究，在無線電能傳輸領域的應用更是未被提及。

鑒于目前分數階元件或分數階電路在某些方面的巨大優勢，并且其還未被應用于無線電能傳輸領域，因此有必要提出一種整數階和分數階并-串聯諧振無線電能傳輸系統。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種整數階和分數階并-串聯諧振無線電能傳輸系統。

本發明通過如下技術方案實現：

一種整數階和分數階并-串聯諧振無線電能傳輸系統，包括高頻功率源、發射部分、接收部分和負載，發射部分包括并聯連接的原邊分數階電容和原邊分數階電感，原邊分數階電感具有原邊電阻；接收部分包括串聯連接的副邊整數階電容和副邊整數階電感，副邊整數階電感具有副邊電阻。

所述的一種整數階和分數階并-串聯諧振無線電能傳輸系統，原邊分數階電容副邊分數階電容的電壓、電流微分關系均滿足：相位關系滿足：其中，i_C為分數階電容電流，v_C為分數階電容電壓，α為分數階電容的階數，并且0＜α≤2，C^α為分數階電容的值。公式中α＝1時即為所述的整數階電容所滿足的關系。

所述的一種整數階和分數階并-串聯諧振無線電能傳輸系統，原邊分數階電感副邊分數階電感的電壓、電流微分關系均滿足：相位關系滿足：其中，v_L為分數階電感的電壓，i_L為分數階電感的電流，β為分數階電感的階數，并且0＜β≤2，L^β為分數階電感的值。公式中β＝1時即為所述的整數階電感所滿足的關系。

所述的一種整數階和分數階并-串聯諧振無線電能傳輸系統中，發射部分和接收部分之間是通過并-串聯諧振耦合的方式實現的無線電能傳輸。

本發明的工作原理為：發射部分由原邊分數階電容原邊分數階電感原邊電阻R_P構成RLC并聯諧振電路，接收部分由副邊整數階電容C_S、副邊整數階電感L_S、副邊電阻R_S構成RLC串聯諧振電路。發射部分和接收部分通過諧振耦合的方式實現電能的無線傳輸。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：采用分數階元件實現的無線電能傳輸，完全區別于以往的無線電能傳輸系統，增加了參數設計的自由度。

附圖說明

圖1為本發明的具體實施電路。

圖2為α=1.2，β=0.9時實施例1的輸出功率與頻率f的關系曲線。

圖3為α=0.8，β=0.9時實施例1的傳輸效率與頻率f的關系曲線。

圖4為α=1.2，β=1.5時實施例1的輸出功率與頻率f的關系曲線。

圖5為α=0.9，β=1.2時實施例1的輸出功率與頻率f的關系曲線。

具體實施方案

以下結合附圖對發明的具體實施作進一步描述，但本發明的實施和保護不限于此。

實施例